专利名称：密封玻璃封套的方法
密封玻璃封套的方法发明背景 发明领域本发明涉及用来将具有高热膨胀系数的基片密封在一起的方法。更具体来说， 本发明涉及一种方法，该方法用来使用玻璃料将几块玻璃片密封在一起，形成适合用来 容纳电气或电子装置的玻璃封装，其中所述玻璃片和玻璃料之间存在很大的CTE差异。
背景技术：
通过使用能够气密密封的玻璃封装，可以使得许多对环境敏感的电子或光子装 置获益。这样的装置的例子包括光伏装置，有机发光二极管(OLED)显示器，OLED照 明面板，等离子体显示器，表面传导电子发射显示器(SED)和场发射显示器(FED)等。 例如，包括OLED显示器或有机发光面板的电致发光有机材料在接触水分或氧气的时候 会发生降解，因此必需对其进行保护免于接触水分和空气。另外，预期所述显示器的使 用寿命将是数万小时。为了实现这些目标，使用设置在玻璃片之间的玻璃密封玻璃料对 许多OLED显示器进行密封。独立的玻璃基片板的厚度通常约小于0.7毫米，两块板之 间的间隔约为15-20微米。OLED显示器的制造需要将各种部件准确对齐，例如将两块玻璃基片对齐。基 片的尺寸变化对组装工艺是不利的。因此，使用具有高应变点和低热膨胀系数(CTE)的 玻璃基片。为了在玻璃片之间实现牢固的密封，使用的密封玻璃料的CTE基本上与基片 的CTE相等。另一方面，其它的装置更能耐受缺陷，例如OLED照明面板。因此，人 们希望使用较低成本、相对较高CTE的玻璃用于这些用途。如果开发用于OLED显示器 工业的玻璃料能够在不进行显著改良的情况下用于这些新应用，将会是有利的。但是， 要将低CTE的玻璃料密封于高CTE的基片存在很大的挑战。概述本发明描述了用基于玻璃的玻璃料密封玻璃基片(例如板材)。用激光之类的辐 射源对玻璃料进行辐照，使得玻璃料软化，在板材之间形成气密的密封。在一些实施方 式中，玻璃基片的CTE和玻璃料的CTE之间的差异很大。辐射源的功率(即辐射光束的 功率)在短距离内从非密封功率快速增大到密封功率，在基片之间快速形成初始稳定连 接。在本发明的一个实施方式中，描述了一种形成用于电子装置的玻璃封套的方 法，所述方法包括使得激光束在包括第一玻璃板和第二玻璃板的玻璃组合件的表面上通 过一段闭合路径，对位于第一玻璃板和第二玻璃板之间的玻璃料进行加热，所述第一玻 璃板和第二玻璃板的热膨胀系数显著不同于所述玻璃料的热膨胀系数。所述方法还包 括；a)使得激光束的功率从位置A的第一功率增大到位置B的第二功率，相对于移 动的方向，所述位置B位于位置A的下游；
b)将所述激光束保持在所述第二功率，直至所述激光束通过位置A，到达位置 C，相对于移动的方向，所述位置C是经过位置B之后预定距离处；C)从位点C开始减小激光束的功率，直至达到位置D处的第三功率，相对于移 动的方向，所述位置D是经过位点C之后预定距离处；并且所述加热使得玻璃料熔化，密封所述玻璃组合件，形成了玻璃封套。在一些实施方式中，可以对所述组合件进行加热，例如使用加热板对所述组合 件进行加热，以尽可能减小密封的封套中的应力。在一些实施方式中，所述玻璃料的CTE约为30X10_7°C至40X10_7°C。在一些实施方式中，所述玻璃基片的CTE约为40X10_7°C至90X10_7°C。在其 它的实施方式中，所述玻璃基片的CTE可以超过90x10—7°C。参见附图，通过以下说明性的描述能够更容易理解本发明，同时更清楚地了解 本发明的其它目的、特征、细节和优点，以下描述不是限制性的。预期所有这些另外的 系统、方法特征和优点都包括在该描述之内，包括在本发明的范围之内，受到所附权利 要求书的保护。附图简要说明
图1是根据本发明的一些实施方式，用激光束密封的玻璃组合件的截面侧视 图。图2是图1的玻璃组合件的俯视图，显示了密封计划中所用的相关点，例如沿着 玻璃料线、密封激光的功率增大或减小的点。图3是根据本发明的一个实施方式，以缓慢的基本均一的辐射光束移动速度密 封玻璃组合件的密封计划的一部分的示意图，显示了激光束的功率随光束移动距离的变 化关系。图4是图3所示的缓慢移动速度的密封计划的另一部分的图。图5是用来密封玻璃组合件的辐射光束移动速度的密封计划的一部分的示意 图，所述移动速度在密封过程中发生变化，显示了激光束的功率随着激光束移动距离变 化。图6是图5的密封计划的另一部分的示意图。图7是根据本发明的一个实施方式，以快速的辐射光束移动速度密封玻璃组合 件的密封计划的一部分的示意图，显示了激光束的功率随光束移动距离的变化关系。图8是图7的密封计划的另一部分的示意图。图9是根据本发明的一个实施方式，密封过程的密封计划的一部分的示意图， 显示了激光束的功率随光束移动距离的变化关系。图10是图9的密封计划的另一部分的示意图。图11是图9所示的密封计划的一部分的示意图，显示了激光束的速度随激光束 移动距离的变化关系。图12是图11的密封计划的另一部分的示意图。图13是用来模拟用玻璃料对基片进行激光密封的时候的温度冲击的顶部和底部 基片(覆盖基片和背面基片)的透明透视图。发明详述
在以下的详述中，为了说明而非限制，给出了说明具体细节的示例性实施方 式，以提供对本发明的彻底理解。但是，对于本领域普通技术人员显而易见的是，在从 本说明书获益后，可以以不同于本文详述的其它实施方式实施本发明。另外，本文会省 去对于众所周知的装置、方法和材料的描述，以免使得本发明的描述变得模糊不清。最 后，在任何适用的情况下，相同的附图标记表示相同的元件。显示器制造商从玻璃制造商处收到薄的玻璃片，对玻璃片进行加工，形成显示 器装置。例如，在制造有机发光二极管显示器的时候，在第一玻璃片(基片)上沉积一层 或多层有机材料。经常将第一玻璃片称作“背面”。所述背面还包括薄膜晶体管(TFT) 和电极，用来为有机层提供电流，使其发光。但是，由于有机材料对各种环境因素(例 如水分和氧气)敏感，因此必需将有机层与环境气密隔离。因此，经常将有机层密封在 玻璃封套内，所述玻璃封套由背面，第二玻璃片(板材)或基片(有时候称为覆盖片或覆 盖板)以及设置在它们之间的密封材料形成。所述气密密封件应当提供阻挡层，使得能 够渗透过该密封件的程度为氧气约小于10-3CC/m2/天，水分约小于10-6g/m2/天。可以使用一些密封方法将背面与覆盖板相连，包括使用粘合剂。尽管现有的粘 合剂易于施涂和使用，但是现有的粘合剂缺乏必需的气密性，以确保装置在出现故障之 前能够具有商业上可行的寿命。也即是说，水分和/或氧气可能会最终渗入粘合剂密封 件中，导致有机层降解，破坏显示器装置。一种更可行的提供所需的气密性封装的方法是在背面和覆盖片之间形成玻璃料 密封件。图1显示了一种组合件10，其包括背面基片12，覆盖基片14，以及设置在所述 基片之间的对环境敏感的材料16，例如电致发光有机材料。还在所述基片之间设置了一 条玻璃料糊料的线18，在基片之间形成了足以容纳对环境敏感的材料16的间隙。例如， 可以将玻璃料18以糊料的形式在覆盖基片14上形成闭合的环或框架，然后可以在烘箱内 对施加了玻璃料的覆盖基片进行加热，使其烧结(有时候称为“预烧结”)，使得玻璃料 18结合于覆盖基片14。然后可以将覆盖基片14置于背面基片12上，玻璃料18 (以及材 料16)位于所述基片之间，形成组合件10。然后使用能够发射电磁能量束22的源20辐 照玻璃料18，对玻璃料18进行加热。加热的玻璃料软化，然后冷却，在背面和覆盖基片 之间形成气密密封。在一些实施方式中，源20是激光器，能够发射基本相干的光束(激 光束22)。但是，在其它的实施方式中，可以使用相干性较差的电磁辐射源，例如使用红 外灯。下文针对激光束进行描述。尽管OLED显示器可以由玻璃基片的气密密封受益，形成气密封装，但是它们 仅仅是许多应用中的一种。例如，OLED发光面板和有机光伏装置也可以受益于气密封 装，可以采用玻璃料密封的玻璃外套。对于这些不像显示器应用那样需要复杂的电路和 严格的公差要求的其它应用，可以使用更多种玻璃。因此，比较廉价的玻璃，例如硼硅 酸盐玻璃类就成为了可用的选择。当从玻璃料密封OLED显示器转换到其它的非显示器应用领域的时候，一个无 需改变的方面是需要避免用来制造这些装置的对环境敏感的部件受到破坏。有机电致发 光材料之类的有机材料无法在远高于约125°C的温度下保持任意明显的时间长度。出于这 个原因，人们需要使用精确对准的激光密封玻璃封套，所述激光能够透过上方覆盖的基 片加热玻璃料，使得玻璃料熔化，形成密封件，同时不会对有机材料进行加热。为此，人们已经开发出了一些特别的玻璃料组合物，所述组合物在密封过程中所用激光的波长 下具有高吸收性，能够提供长寿命装置所需的牢固性。除了玻璃料的其它性质以外，这 些玻璃料配制成其热膨胀系数与包封基片的CTE密切匹配，在玻璃料密封玻璃制品中通 常是如此。尽管希望不再需要新的可辐射密封的玻璃料组合物，但是低CTE显示器型玻璃 料组合物和高CTE基片之间的较大的CTE失配仍然造成较差的密封特性。适合用于高应 变点玻璃的大多数显示器型玻璃料组合物具有较低的30左右的CTE(例如30x10_7°C )， 更优选约为30xl0_7°C至40xl0_7°C。另一方面，作为备选的基片玻璃，非显示器应用的 CTE通常超过40X10_7°C，更优选约为40X10_7°C至90X10_7°C，一些适合用于这些应用 的硼硅酸盐玻璃的CTE超过90xl0_7°c。备选的玻璃还可以包括钠钙玻璃。因此，如果 能够开发一种方法，对这些CTE差异较大的材料进行密封，则将会是很有帮助的。根据本发明的一个实施方式，描述了一种使用低CTE玻璃料密封包括高CTE玻 璃基片的玻璃封装的方法。高CTE基片表示CTE约大于40x10—7°C的基片。在一些实 施方式中，基片的CTE可以约等于或大于50X10_7°C，约等于或大于60X10_7°C，约等于 或大于70X10_7°C，约等于或大于80X10_7°C，或者约等于或大于90X10_7°C。低CTE 玻璃料表示CTE约小于40xl0_7°c的玻璃料。在一些实施方式中，所述玻璃料的CTE约 为30xl0_7°c至40xl0_7°c。因此，在一些实施方式中，玻璃料的CTE与一个或两个基 片的CTE之差可以超过40x10—7°C。图2显示了组合件10的俯视图。图2显示了设置在基片12和14之间、形成闭 合壁或环的形状的玻璃料18。箭头24显示了激光束沿任意的方向移动通过玻璃料，在此 情况下，选择为顺时针方向。激光束也可以很容易地选择逆时针方向移动。图2还显示 了用字母表示的各种相关的点，在下文中将对其进行描述。根据本实施方式，将图3和4与图2—起观察能够最好地理解，激光束的路径始 于点A。激光束22沿着顺时针方向，以基本恒定的速度N1通过玻璃料18。如图所示， 所述基本恒定的速度可以是较慢的速度，优选约等于或小于5毫米/秒，优选约等于或小 于3毫米/秒。参见图3，当光束22移动通过玻璃料18的时候，激光束的功率在A点 从第一功率P1增大，直至其在B点达到高于P1的第二功率P2。也即是说，在点A和点 B之间，光束22的功率WP1增大到P2。再来看图4，图中显示了光束几乎完成围绕玻璃 料图案的全部路径的情况，光束22继续围绕组合件10的周边，直至其经过点A和B， 到达点C。在点C处，激光功率降低，或者在点D处降至低于P2的第三功率P3。在点 D处，认为密封过程完成，可以停止激光束22。因此，激光束在A点开始，绕着玻璃料 环完整一周，经过A—次。在此路程过程中，激光束22在A点处以功率P1开始，增大 到第二功率P2,然后功率保持基本稳定，直到激光束完成以下的一周经过点A和B， 达到点C，然后在点D处，功率减小到小于P2的第三功率P3。较佳的是，功率的增大或 降低都是以基本均一的速率进行的。但是，功率的降低不一定是均一的。例如，激光束 22的功率可以以阶梯状的方式增大或降低。另外，增大速率(例如图3中的点A和点B 之间)不一定等于降低速率(例如图4的点C和点D之间)。在一些实施方式中，所述 第三功率P3可以等于第一功率Pl。或者，P3可以大于或小于Pp但是，在此实施方式 中，P1和P3分别表示起始功率和终止功率，这些功率不足以造成密封。
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较佳的是，激光束22移动通过的玻璃料18基本上是多边形的形式。基本上是多 边形表示由圆化的角连接起来的多条直边组成的图案。所述圆化的角有助于沉积玻璃料 以及激光束的通过。例如，通常角的曲率半径为1毫米。但是，根据制造的装置的尺寸 以及密封设备的操作特征，可以采用更小或更大的半径。在下文中，用术语“多边形” 表示由圆化的角连接的直边组成的多边形，以及包括由两条直线交叉形成的尖锐角的多 边形。例如，玻璃料18可以形成以下图案具有由圆化的角连接的四条直边的矩形，或 者包括四条边(每条边与相邻的边垂直)和四个尖锐的角的矩形。较佳的是，点A，B， C位于多边形的单条侧边上。在一些实施方式中，全部四个点A，B，C和D位于多边 形的一条边上。在某些其它的实施方式中，已经发现，可以通过在密封过程之前、优选在密封 过程中，对组合件10进行加热，使得在密封过程中，组合件处于升高的温度下，从而减 小密封的封套中的应力。在激光密封工艺中有两种主要的应力a)由于在某些温度循环过程中，由双重 材料系统的热膨胀系数失配造成的残余应力，以及b)由于激光密封过程中局部的加热和 导热造成的瞬时热应力。在激光玻璃料密封工艺中，残余应力引发的裂纹是一个严重的问题，因为预烧 结和随后的激光密封都会引发残余应力。在预烧结步骤中，优选使用CTE匹配的玻璃和 玻璃料。但是，在激光密封过程中，优选玻璃料的CTE小于玻璃基片，这是因为基片玻 璃对激光是透明的，其膨胀可以忽略。在预烧结步骤中累积的残余应力可以在激光密封 步骤过程中、由于激光造成的温度高于玻璃料的应变点而引发的第二残余应力累积起来 之前完全释放。换句话说，在激光密封过程中，可能会由于残余应力使得玻璃料与玻璃 基片分层。通常，假定基片玻璃的CTE为零，或者至少不显著，使得任何显著的CTE失配 引发的残余应力都仅仅由玻璃料造成。一方面，如果基片玻璃和玻璃料的CTE匹配， 则在预烧结过程中产生的残余应力将为零，但是在激光密封过程中产生的残余应力会很 大。另一方面，如果玻璃料的CTE可以忽略，则在玻璃密封过程中产生的残余应力 可以忽略，但是在预烧结过程中产生的残余应力会很大。最高效的方法是达到以下条 件密封过程中的温度等于基片的玻璃化转变温度。实际的激光密封工艺受到局部热膨胀的控制。在激光开始点形成的裂纹最为严 重，这是因为在激光功率增大的过程中，起始点处的结合强度通常较低。但是，应力释 放过程仍然会影响随后的激光密封过程，因为热冲击/梯度会引发裂纹。可以通过环境 温度影响这些热梯度。因此，在密封过程中升高的环境温度也有助于避免这些故障。已经对激光密封工艺中的瞬时热应力效应进行了模拟，结果表明在密封过程中 环境温度的升高有助于减小瞬时应力，允许使用降低的激光功率获得用于扩散结合的相 同温度水平。所述模拟首先假定在玻璃料中发生完美的激光能量吸收，因此受到光照的 表面热通量的100%获得吸收，没有任何浪费的热量耗散。与此同时，还假定玻璃料和两 块玻璃基片界面之间存在完美的热传导。在界面处没有其它的能量耗散，也没有任何初 始的烧结引发的残余应力，这是因为该应力通常在激光密封过程中释放。尽管在实际的密封过程中，在激光移动之后形成玻璃料与玻璃的结合，但是为了模拟的目的，假定即 使在施加表面通量之前就实现了玻璃料与玻璃的完美结合，以避免在有限元分析中出现 复杂的接触问题。另外，仅仅分析了直线密封。除了玻璃料的CTE以外的取决于非线 性温度的材料性质并未包括在该模拟中。最后，未在模拟的结构中加入外加负荷，玻璃 料和玻璃基片材料作为均一的、各向同性的弹性材料进行处理。假定具有完美的玻璃边 缘，因此在数学模型中不存在边缘质量问题。当热量从基片玻璃表面传导到空气中的时候，包括表面与空气的热交换，当所 得的温度升高到超过基片玻璃和玻璃料的设定点的时候，通过将弹性模量降至极低的 值，采用数学处理方法来处理玻璃设定点。图13显示了使用的基本模型。选择厚15微米、宽1毫米的玻璃料18线条作 为实际的玻璃料几何结构的代表。由于此种对称性的条件，仅模拟了实际密封区域的一 半。因此，图中显示了 0.5毫米宽的玻璃料。所述顶部和底部玻璃基片的厚度、宽度和 长度分别为0.63毫米，5毫米和20毫米。将玻璃料的顶表面分为多个0.5毫米X0.5毫 米的正方形区域。对其中一个分割的区域施加表面热通量，沿着玻璃料从一端移动到另 一端。假定所述玻璃是铝_硼硅酸盐玻璃(例如Coming EagleXG )。沿着玻璃料对横截面施加对称边界条件。对玻璃棒的两个端面施加无限边界条 件，以模仿无限长度的玻璃基片，以及避免边界效应。另外，在所有的接触表面之间采 用连接约束，以模拟完美的结合。计算表面热通量的公式如下所示
权利要求
1.一种形成用于电子装置或光电子装置的玻璃封套的方法，该方法包括使得激光束在包括第一和第二玻璃板的玻璃组合件表面上的闭合路径上移动通 过，从而对设置在所述第一和第二玻璃板之间的玻璃料进行加热，所述第一和第二玻 璃板的热膨胀系数约等于或大于40X10_7°C，所述玻璃料的热膨胀系数约等于或小于 40xl(T7°C，所述激光束移动通过的步骤还包括；a)使得激光束的功率从位置A的第一功率增大到位置B的第二功率，相对于移动的 方向，所述位置B位于位置A的下游；b)将所述激光束保持在所述第二功率，直至所述激光束经过位置A，到达位置C， 相对于移动的方向，所述位置C是经过位置B之后预定的距离处；C)从位点C开始减小激光束的功率，直至达到位置D处的第三功率，相对于移动的 方向，所述位置D是经过位点C之后预定距离处；并且所述加热使得玻璃料熔化，密封所述玻璃组合件，形成了玻璃封套。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述闭合路径形成多边形，A，B，C位 于所述多边形的第一侧边上。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在移动过程中，所述激光束的速度是基本 恒定的。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二玻璃板的CTE约等于或 大于 50xl(T7°C。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二玻璃板的CTE约为70乂10-7/1至9(^10-71。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在移动过程中，所述激光束的速度是变化的。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，激光束移动通过多边形的第一侧边时的速 度小于移动通过多边形的其它侧边时的速度。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在密封过程中，组合件的平均温度升高到 超过环境温度，使用不同于激光束的加热源造成所述升高的平均温度。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述升高的组合件温度约为65-85°C。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将对环境敏感的材料设 置在所述第一和第二基片之间。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述对环境敏感的材料是有机材料。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子装置或光电子装置是OLED装 置或光生伏打装置。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述电子装置或光电子装置是发光面板。
14.一种形成用于电子装置或光电子装置的玻璃封套的方法，该方法包括提供玻璃组合件，所述组合件包括第一和第二玻璃板，以及设置在所述玻璃板之间 的玻璃料，在所述玻璃板之间形成间隙，所述第一或第二玻璃板的热膨胀系数与所述玻 璃料的热膨胀系数之差等于或大于约40xl(r7°C ； 在所述间隙内设置对环境敏感的材料；使得激光束移动通过玻璃组合件表面上的闭合路径，从而加热所述玻璃料，所述激 光束移动通过的步骤还包括；a)在大约1毫米至2毫米的距离内，使得激光束的功率从非密封功率增大到密封功率；b)在激光束处于密封功率的情况下重复通过玻璃料的一个密封部分；c)在重复通过之后，将激光束从密封功率降低到非密封功率。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述对环境敏感的材料是有机材料。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述电子装置或光电子装置是OLED装 置或光生伏打装置。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述重复通过距离约为1-2毫米。
18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，在密封过程中，组合件的平均温度升高 到超过环境温度，使用不同于激光束的加热源造成所述升高的温度。
全文摘要
本发明揭示了一种用基于玻璃的玻璃料(18)气密密封玻璃组合件的方法，所述组合件包括玻璃片或玻璃基片(12，14)，其中所述玻璃料(18)的热膨胀系数(CTE)和玻璃片(12，14)的CTE之间存在很大差异。所述方法包括沿着玻璃料，在一段极短的距离内快速增大辐射加热源(20)，从非密封功率增大到密封功率，用来加热玻璃料(18)并使其软化，在基片(12，14)之间形成初始的稳定密封。
文档编号C03C27/10GK102017222SQ200980115572
公开日2011年4月13日 申请日期2009年2月26日 优先权日2008年2月28日
发明者A·L·鲁瑟尔, 张鲁, 顾亚北 申请人:康宁股份有限公司